Genekspression i prokaryoter

Indhold

• Genetisk information i prokaryoter
• Faser i genekspression
• Transkription i bakterieceller
• Transkription: Initieringsfase
• Transkription: Forlængelsesfase
• Transkription: Afslutningsfase
• Oversættelse i bakterieceller
• Oversættelse: Start
• Oversættelse: Forlængelse
• Oversættelse: Opsigelse
• Oversættelse og antibiotika
• Proteinbehandling efter oversættelse
• Proteinphosphorylering
• Proteinacetylering og glycosylering
• Genekspression i Archaea

Prokaryoter er små, encellede levende organismer. De er en af ​​to almindelige celletyper: prokaryot og eukaryote.

Da prokaryotiske celler ikke har en kerne eller organeller, sker genekspression ud i den åbne cytoplasma, og alle trin kan ske samtidig. Selvom prokaryoter er enklere end eukaryoter, er kontrol af genekspression stadig afgørende for deres cellulære adfærd.

Genetisk information i prokaryoter

De to domæner af prokaryoter er bakterier og archaea. Begge mangler en defineret kerne, men de har stadig en genetisk kode og nukleinsyrer. Selvom der ikke er nogen komplekse kromosomer som dem, du vil se i eukaryote celler, har prokaryoter cirkulære stykker deoxyribonukleinsyre (DNA) placeret i nukleoiden.

Der er dog ingen membran omkring det genetiske materiale. Generelt har prokaryoter færre ikke-kodende sekvenser i deres DNA sammenlignet med eukaryoter. Dette kan skyldes, at prokaryote celler er mindre og har mindre plads til et DNA-molekyle.

Det nucleoid er simpelthen det område, hvor DNA'et lever i den prokaryote celle. Det har en uregelmæssig form og kan variere i størrelse. Derudover er nukleoiden bundet til cellemembranen.

Prokaryoter kan også have cirkulært DNA kaldet plasmider. Det er muligt for dem at have et eller flere plasmider i en celle. Under celledeling kan prokaryoter gennemgå DNA-syntese og adskillelse af plasmider.

Sammenlignet med kromosomerne i eukaryoter har plasmider en tendens til at være mindre og have mindre DNA. Derudover kan plasmider replikere alene uden andet cellulært DNA. Nogle plasmider bærer koder for ikke-væsentlige gener, såsom dem, der giver bakterier deres antibiotiske resistens.

I visse tilfælde er plasmider også i stand til at bevæge sig fra en celle til en anden celle og dele information som antibiotikaresistens.

Faser i genekspression

Genekspression er den proces, gennem hvilken cellen oversætter den genetiske kode til aminosyrer til proteinproduktion. I modsætning til i eukaryoter, kan de to hovedstadier, som er transkription og oversættelse, ske på samme tid i prokaryoter.

Under transkription oversætter cellen DNA til et messenger RNA (mRNA) molekyle. Under translation producerer cellen aminosyrerne fra mRNA. Aminosyrerne udgør proteinerne.

Både transkription og oversættelse sker i prokaryoterne cytoplasma. Ved at have begge processer til at ske på samme tid, kan cellen fremstille en stor mængde protein fra den samme DNA-skabelon. Hvis cellen ikke har brug for proteinet længere, kan transkription stoppe.

Transkription i bakterieceller

Målet med transkription er at skabe en komplementær ribonukleinsyre (RNA) streng fra en DNA-skabelon. Processen har tre dele: initiering, kædeudvidelse og afslutning.

For at initieringsfasen skal finde sted, skal DNA'en først slappe af, og området, hvor dette sker, er området transkription boble.

Hos bakterier finder du den samme RNA-polymerase, der er ansvarlig for al transkription. Dette enzym har fire underenheder. I modsætning til eukaryoter har prokaryoter ikke transkriptionsfaktorer.

Transkription: Initieringsfase

Transkription starter, når DNA'et afvikles, og RNA-polymerase binder til en promotor. En promotor er en speciel DNA-sekvens, der findes i begyndelsen af ​​et specifikt gen.

Hos bakterier har promotoren to sekvenser: -10 og -35 elementer. Elementet -10 er hvor DNA normalt afvikles, og det er placeret 10 nukleotider fra initieringsstedet. Elementet -35 er 35 nukleotider fra stedet.

RNA-polymerase er afhængig af en DNA-streng for at være skabelonen, da den bygger en ny streng af RNA kaldet RNA-transkriptet. Den resulterende RNA-streng eller den primære transkription er næsten den samme som den ikke-skabelon eller den kodende DNA-streng. Den eneste forskel er, at alle thymin (T) -baser er uracil (U) -baser i RNA.

Transkription: Forlængelsesfase

Under transkriptionens kædeforlængelsesfase bevæger RNA-polymerase sig langs DNA-skabelonstrengen og fremstiller et mRNA-molekyle. RNA-strengen bliver længere, efterhånden som flere nukleotider tilsættes.

I det væsentlige går RNA-polymerase langs DNA-stativet i 3 til 5-retningen for at opnå dette. Det er vigtigt at bemærke, at bakterier kan skabe polycistroniske mRNA'er den kode for flere proteiner.

••• Sciencing

Transkription: Afslutningsfase

I transkriptionens afslutningsfase stopper processen. Der er to typer afslutningsfaser i prokaryoter: Rho-afhængig afslutning og Rho-uafhængig afslutning.

I Rho-afhængig afslutning, en speciel proteinfaktor kaldet Rho afbryder transkription og afslutter den. Rho-proteinfaktoren bindes til RNA-strengen på et specifikt bindingssted. Derefter bevæger det sig langs strengen for at nå RNA-polymerasen i transkriptionsboblen.

Dernæst trækker Rho den nye RNA-streng og DNA-skabelon fra hinanden, så transkriptionen slutter. RNA-polymerase holder op med at bevæge sig, fordi den når en kodende sekvens, der er transkriptionstopspunktet.

I Rho-uafhængig afslutning, RNA-molekylet laver en løkke og løsnes. RNA-polymerasen når en DNA-sekvens på skabelonstrengen, der er terminatoren og har mange cytosin (C) og guanin (G) nukleotider. Den nye RNA-streng begynder at foldes op til en hårnågeform. Dets C- og G-nukleotider binder. Denne proces forhindrer RNA-polymerasen i at bevæge sig.

Oversættelse i bakterieceller

Oversættelse skaber et proteinmolekyle eller polypeptid baseret på RNA-skabelonen oprettet under transkription. Hos bakterier kan oversættelse ske med det samme, og undertiden starter den under transkription. Dette er muligt, fordi prokaryoter ikke har nogen nukleare membraner eller organeller til at adskille processerne.

I eukaryoter er tingene forskellige, fordi transkription forekommer i kernen, og oversættelse er i cytosoleneller intracellulær væske af cellen. En eukaryot bruger også modent mRNA, der behandles før translation.

En anden grund til, at oversættelse og transkription kan ske på samme tid i bakterier er, at RNA ikke har brug for den specielle behandling, der ses i eukaryoter. Bakterie-RNA er øjeblikkeligt klar til translation.

MRNA-strengen har grupper af nukleotider, der kaldes codon. Hvert kodon har tre nukleotider og koder for en specifik aminosyresekvens. Selvom der kun er 20 aminosyrer, har celler 61 kodoner for aminosyrer og tre stopkodoner. AUG er startkodonet og begynder oversættelse. Det koder også for aminosyren methionin.

Oversættelse: Start

Under translation fungerer mRNA-strengen som en skabelon til fremstilling af aminosyrer, der bliver proteiner. Cellen afkoder mRNA for at opnå dette.

Initiering kræver transfer-RNA (tRNA), et ribosom og mRNA. Hvert tRNA-molekyle har en antikodonstammen for en aminosyre. Antikodonen er komplementær til kodonen. Hos bakterier starter processen, når en lille ribosomal enhed fastgøres til mRNA ved a Shine-Dalgarno-sekvens.

Shine-Dalgarno-sekvensen er et specielt ribosomalt bindingsområde i både bakterier og archaea. Man ser det normalt omkring otte nukleotider fra startkodon AUG.

Da bakterielle gener kan have transkription, der sker i grupper, kan et mRNA kode for mange gener. Shine-Dalgarno-sekvensen gør det lettere at finde startkodonet.

Oversættelse: Forlængelse

Under forlængelse bliver kæden af ​​aminosyrer længere. TRNA'erne tilsætter aminosyrer for at fremstille polypeptidkæden. En tRNA begynder at arbejde i P-side, som er en midterste del af ribosomet.

Ved siden af ​​P-stedet er Et sted. Et tRNA, der matcher kodonet, kan gå til A-stedet. Derefter kan der dannes en peptidbinding mellem aminosyrerne. Ribosomet bevæger sig langs mRNA, og aminosyrerne danner en kæde.

Oversættelse: Opsigelse

Opsigelse sker på grund af et stopkodon. Når et stopkodon kommer ind på A-stedet, stopper oversættelsesprocessen, fordi stopkodonet ikke har et komplementært tRNA. Proteiner kaldet frigørelsesfaktorer der passer ind i P-stedet kan genkende stopkodonerne og forhindre dannelse af peptidbindinger.

Dette sker, fordi frigørelsesfaktorerne kan få enzymer til at tilføje et vandmolekyle, hvilket gør kæden adskilt fra tRNA.

Oversættelse og antibiotika

Når du tager nogle antibiotika til behandling af en infektion, kan de arbejde ved at afbryde oversættelsesprocessen i bakterier. Målet med antibiotika er at dræbe bakterierne og forhindre dem i at reproducere.

En måde de opnår dette på er at påvirke ribosomer i bakterieceller. Medikamenterne kan forstyrre mRNA-translation eller blokere cellens evne til at fremstille peptidbindinger. Antibiotika kan binde til ribosomer.

For eksempel kan en type antibiotikum kaldet tetracyklin trænge ind i bakteriecellen ved at krydse plasmamembranen og opbygge inde i cytoplasmaet. Derefter kan antibiotikumet binde til et ribosom og blokere translation.

Et andet antibiotikum kaldet ciprofloxacin påvirker bakteriecellen ved at målrette mod et enzym, der er ansvarligt for afvikling af DNA'et for at tillade replikation. I begge tilfælde skånes menneskelige celler, hvilket giver folk mulighed for at bruge antibiotika uden at dræbe deres egne celler.

Relateret emne: multicellulære organismer

Proteinbehandling efter oversættelse

Når translationen er forbi, fortsætter nogle celler med at behandle proteinerne. Ændringer efter translation (PTM'er) af proteiner tillader bakterier at tilpasse sig deres miljø og kontrollere cellulær adfærd.

Generelt er PTM'er mindre almindelige i prokaryoter end eukaryoter, men nogle organismer har dem. Bakterier kan også ændre proteiner og vende processerne. Dette giver dem mere alsidighed og giver dem mulighed for at bruge proteinmodifikation til regulering.

Proteinphosphorylering

Proteinphosphorylering er en almindelig ændring af bakterier. Denne proces involverer tilsætning af en fosfatgruppe til proteinet, der har fosfor- og iltatomer. Phosforylering er vigtig for proteinfunktionen.

Imidlertid kan fosforylering være midlertidig, fordi den er reversibel. Nogle bakterier kan bruge fosforylering som en del af processen til at inficere andre organismer.

Fosforylering, der forekommer på sidekæderne serin, threonin og tyrosin, aminosyre kaldes Ser / Thr / Tyr-phosphorylering.

Proteinacetylering og glycosylering

Ud over fosforylerede proteiner kan bakterier have acetyleret og glykosyleret proteiner. De kan også have methylering, carboxylering og andre modifikationer. Disse ændringer spiller en vigtig rolle i cellesignalisering, regulering og andre processer i bakterier.

For eksempel hjælper Ser / Thr / Tyr-fosforylering bakterier med at reagere på ændringer i deres miljø og øger chancerne for overlevelse.

Forskning viser, at metaboliske ændringer i cellen er forbundet med Ser / Thr / Tyr-phosphorylering, hvilket indikerer, at bakterier kan reagere på deres miljø ved at ændre deres cellulære processer. Desuden hjælper post-translationelle ændringer dem med at reagere hurtigt og effektivt. Evnen til at vende eventuelle ændringer giver også betydelig kontrol.

Genekspression i Archaea

Archaea bruger genekspressionsmekanismer, der mere ligner eukaryoter. Selvom archaea er prokaryoter, har de nogle ting til fælles med eukaryoter, såsom genekspression og genregulering. Processerne med transkription og translation i archaea har også nogle ligheder med bakterier.

For eksempel har både archaea og bakterier methionin som den første aminosyre og AUG som startkodon. På den anden side har både archaea og eukaryoter en TATA-boks, som er en DNA-sekvens i promotorområdet, der viser hvor man skal afkode DNA'et.

Oversættelse i archaea ligner processen set i bakterier. Begge typer organismer har ribosomer, der består af to enheder: 30S- og 50S-underenhederne. Derudover har de begge polycistroniske mRNA'er og og Shine-Dalgarno-sekvenser.

Der er adskillige ligheder og forskelle mellem bakterier, archaea og eukaryoter. De er dog alle afhængige af genekspression og genregulering for at overleve.